Magnetism

Hur är elektriska och- magnetiska fält och krafter relaterade till varandra?

I rät vinkel.

Hur menar du?

För du en elektrisk ledare rätvinkligt genom ett magnitfält så alstras ström i ledningen (generator). Eller vice versa (elmotor).

Så om du har ett magnetfält med exempelvis riktningen nedåt och du för in en ledare med ström rätvinkligt vad händer då?

Jag menar att det är svårt att veta av din TS vilket svar du behöver:

• Vill du ha hjälp att webbsöka
• Har du fått kvarsittning på fysiktimman i åk 7
• Behöver du Urkund-fria formuleringar till ditt specialarbete på Na-programmet
• Behöver du en teorisammanfattning "på lätt svenska"
• Behöver du hjälp och tips med en beräkning
• Har du hittat ett fel i härledningen av Maxwells ekvationer
• Är du placerad som bordsdam till Donna Strickland i BlåHallen om en månad
• Samlar du postcount så att du kan PM-spamma till Jul?

De är s a s två sidor av samma mynt, som beskrivs av Maxwells ekvationer för elektriska och magnetiska fält. Sambandet blev dock tydligast i o m tillkomsten av den speciella relativitetsteorin, som visar att vad som är magnetiska fält och vad som är elektriska är relativt. Dvs det beror på observatörens hastighet.

Hur skiljer man fälten åt? Svar: den elektromagnetiska kraften på en laddning kan delas upp i två komponenter: en hastighetsoberoende (relativt observatören), och en hastighetsberoende som är vinkelrät mot hastigheten. Den förra är det elektriska fältet, och den senare är det magnetiska. Och eftersom hastigheter är relativa (tänk t ex på situationen att du går långsamt i gången i ett flygplan på hög höjd, dvs långsamt relativt planet men ganska snabbt relativt marken) så ger ju detta att även magnetiska och elektriska fält är relativa.

Det finns dock gränser för hur stor del av fälten som på så sätt s a s kan omvandlas till varandra. Om t ex den magnetiska kraften är större än den elektriska relativt någon observatör så finns det någon annan observatör med annan hastighet som enbart ser ett magnetfält och inget elektriskt. Och vice versa. Men att de öht är relativa på detta sätt visar att de egentligen är samma sorts sak.

Liknande gäller f ö om rum och tid. Det är därför man talar om rumtiden som ett 4D objekt. Vad som är tid och vad som är rum är relativt.

det var en reflektionsfråga, men om du blir så himla irriterad kan du ju lägga din "värdefulla" tid på något annat

När det kommer till att besvara naturvetenskapliga frågor så behöver man avgränsa sig. Gör man inte det är det omöjligt att ta hänsyn till frågeställarens tidigare kunskaper, och därmed vilken nivå man ska lägga svaret på för att ge ett tillfredsställande svar.

Se gärna videon när den berömda fysikern och nobellpristagaren Richard Feynman talar om både detta frågefenomen och elektromagnetism när han blir tillfrågad om vad magnetism är av en reportern. Även han kan tyckas vara överlägsen när han blir tillfrågad, men han poängterar mycket väl hur det för varje abstraktionsnivå av ett problem finns otaliga underliggande mekanismer som kräver mer eller mindre förkunskaper för att förstå.

Därför frågar iconicatab vad du menar, inte för att vara spydig.

Så, vi provar igen, varför undrar du? Har du sett en Youtube-video och undrar om relationen mellan E- och B-fältet, eller har du tenta i Elektromagnetism på fredag?

Feynman är bra, och har förstås helt rätt här i sak, men kanske ändå lite fel i praktiken. Under en utbildning tror jag att eleverna ändå måste luras till att tro att de faktiskt har förstått något, även när de kanske egentligen inte har gjort det. Totalt under hela utbildningen kommer man ofta tillbaka till samma begrepp men med ytterligare fördjupning. Tänk bara på grundläggande matte från 1a klass och uppåt. Man kan liksom inte börja direkt med Peanos axiom för naturliga tal.

Såå.. magnetfält fungerar ungefär som gummiband.

På en högre abstraktionsnivå är det faktiskt inte alls en dum start, och då tänker jag på EM-fälts stressenergitensor https://en.wikipedia.org/wiki/Electr...–energy_tensor, som visar att de just uppför sig som gummiband som drar i fältriktningen (negativt tryck), och som repellerar varandra vinkelrätt mot fältriktningen (positivt tryck). Fast varför är det så då? Därför att det blir så i en gaugefältteori med U(1)-symmetri. Varför finns det ett sånt fält då? Varför kan alla kända fält beskrivas av just gaugefältteori med olika sorters symmetrier (Lie-algebra...)? Finns de som försöker svara på sånt med, tänker iaf på dansken Holger Bech Nielsen, men det närmar sig då iaf det väldigt spekulativa.

Kanske också kan hjälpa till att tolka formeln för stressenergitensorn T i ett enkelt fall, med det elektriska fältet E=0, och ett rent magnetfält B i x-riktningen dvs B₁=B, B₂=0, B₃=0 (riktningarna x,y,z numreras 1,2,3 medan tiden numreras med 0).
I detta fall blir T diagonal. Rader och kolumner numreras från 0 till 1.

Energitätheten = T⁰⁰ = B²/(2μ₀)

Spänning i x-led = T¹¹ = -B²/(2μ₀)

Spänning i y-led = T²² = B²/(2μ₀)

Spänning i z-led = T³³ = B²/(2μ₀)

Spänningen i x-led är negativ, dvs det är en dragspänning. Spänningarna i y och z-led är däremot positiva, dvs dessa är tryck. De magnetiska fältlinjerna har alltså (a) energitäthet, (b) dragspänning längs med linjerna, (c) ett repellerande tryck bort från varandra.

Liknande gäller för ett rent elektriskt fält i x-led, men med E²ε₀/2 istället för B²/(2μ₀).

Så t ex B = 1 T (1 Tesla) ger spänning resp tryck på 4 atmosfärer och en energitäthet på ca 400 kJ/m³. Jordens magnetfält är i Sverige ca 50 μT vilket ger spänning resp tryck på ca 1 mPa och energitätheten 1mJ/m³.

Om man säger att eleverna inget förstått får man också säga att alla historiska fysiker modell Maxwell inget förstod. Kanske bättre att säga att man på ett ungefär jobbar sig fram genom seklen i sin förståelse.